混凝土构件的半刚性连接特性研究.pdf

《混凝土构件的半刚性连接特性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、器桥梁工程BridgeEngineering混凝土构件的半刚性连接特性研究吴华，徐会果，焦兴，谢肖礼(广西大学土木建筑工程学院，广西南宁530004)摘要：混凝土构件连接传统设计往往将其处理为刚接或铰接，实际工程中大部分连接是介于二者之间的半刚性连接。国内外对于型钢构件连接形式的研究较多，相关理论比较成熟．但对于钢筋混凝土构件通过预埋件焊接的连接形式的研究则较少，且无拟合曲线供参考。因此，为了探求这类节点的连接特性，采用有限单元法针对刚架拱桥中横系梁与拱肋之间的连接进行了有限元局部分析。关键词：钢拱桥；混凝土构件；半刚性连接；半刚性节点中图分类号：TU528．7文献标志码：B文章编号

2、：1009—7767(2014)02—0070—05ResearchofSemi-rigidConnectionCharacteristicsofConcreteMemberWuHua，XuHuiguo，JiaoXing，XieXiaoli1研究背景传统的结构分析中，总是将结构的连接点作为理想的铰接或刚接简化，但理想铰接仅仅传递剪力和轴力，理想刚接使得杆端变形完全相同。这些假定大大简化对结构的分析计算，但实际结构中的刚节点刚度并非无穷大，铰接点也是存在一定的刚度．采用理想的连接模型在实际工程中是有使用范围的．在一些对节点连接性性能敏感的结构中应用则是不合理的，不能反映结构的真实工作状

3、况。而且计算值和实际值如果相差较大，会对工程埋下安全隐患[1]。大量的工程实际和理论研究证明，在荷载作用下．实际结构节点是介于刚性节点和交接点之间的半刚性节点【2】。刚架拱桥是由多组拱片通过横系梁连结形成的空间受力结构，为了增强结构的整体性，通常将拱肋与横系梁之间设计成刚节点．在计算分析中也完全按照刚节点考虑[3]。《钢筋混凝土刚架拱桥定型设计图》推荐的节点连接形式为拱肋和横系梁通过预埋件焊接，这种连接形式受焊接工人技术水平影响，而且随着时间推移，焊缝锈蚀，在荷载作用下松动，节点刚度会进一步下降。这些半刚性节点刚度的变化，对结构静力、动力、稳定性能的影响已引起工程人员的高度重视。2半

4、刚性节点的肛一，研究方法单个构件通过各种连接形式形成结构。通过连接70瘩荭投术2014No．2(Mar．)V01．32媒介．力和弯矩从一个构件传递到另一个构件。大多数连接需要传递轴力、剪力、弯矩以及扭矩。对于横系梁与拱肋之间的连接，与转动变形相比，轴向变形、剪切变形和扭转变形相对较小，因此只需考虑弯矩作用下的转动变形。当连接施加一个弯矩M时，它的转角为p。其变形模型见图1。矿可冉{肾毛蔫、l宁1；}

5、-峡《／肘—止j＼厂_止图1节点转动变形模型实际工程设计中通常将节点转动模型简化为刚接和铰接，刚接点模型M／Or=o。。铰接点模型M／O,=0。通过对大量节点分析，实际的节点刚度删良是介

6、于无穷大和0之间，并且对于同一个节点的删啡值还随着巩的变化呈现非线性变化，见图2。目前。针对半刚性节点非线性特性的研究方法有以下几种：实验测定法、曲线拟合法、塑性分析法、解析法、有限单元法等。其中有限单元法是近年来发展起图2典型半刚性节点位移转角曲线来的结构分析方法，由于该方法能够精确考虑材料本构特性、几何非线性，能够方便、快捷地模拟结构受力变形特性，因此成为节点M一良特性研究中一种重要的研究手段。国内外对于型钢构件连接形式的研究较多，相关理论比较成熟，但对于钢筋混凝土构件通过预埋件焊接的连接形式的研究则较少．且无拟合曲线供参考。笔者为了探求这类节点的连接特性，采用有限单元法针对刚架

7、拱桥中横系梁与拱肋之间的连接进行有限元局部分析。3基于刚架拱桥拱肋与横系梁半刚性节点的有限元分析构件实际的连接包含6个自由度(3个平动，3个转动)，往往根据分析问题的类型对主要影响因素进行分析。在刚架拱桥结构中，横系梁的主要作用是连接各拱片形成空间结构，在竖向荷载作用下，横系梁将荷载沿横向分布。拱肋与横系梁的连接主要承受竖向弯矩作用，因此笔者对横系梁节点的竖弯(Y向)刚度进行研究。3．1有限元模型的建立为了了解刚架拱桥拱肋与横系梁节点的受力性能，利用空间有限元软件ANSYSl4．0对某60m跨径刚架拱桥的横系梁节点进行局部分析[4]。刚架拱桥拱肋和横系梁分别预制，通过预埋件焊接而成。

8、横系梁节点见图3，几何模型见图4。混凝土采用solid65单元，参考相关文献f5]，考虑多线性本构关系。型钢和焊缝统一采用solid95单元，采用Mises屈服准则，弹性模量取2．06x105MPa，屈服强度取300MPa，分析中考虑几何非线性和大变形，采用生死单元技术考虑某些焊缝失效。由于混凝土内嵌入型钢和钢筋，几何尺寸复杂，故采用四面体单元自由网格划分，对于混凝土单元取大尺寸，对于型钢及焊缝单元取小尺寸，有限元模型见图5。桥梁工程器翳iidge耋鹃露孽